MIC45212評估板：高效DC - DC電源模塊的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，DC - DC電源模塊的性能和設(shè)計(jì)便利性至關(guān)重要。Micrel的MIC45212評估板為我們提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案，下面就來詳細(xì)了解一下這款評估板。

文件下載：MIC45212-1YMP-EV.pdf

一、產(chǎn)品概述

MIC45212是一款同步降壓調(diào)節(jié)器模塊，采用獨(dú)特的自適應(yīng)導(dǎo)通時(shí)間控制架構(gòu)。它將DC - DC控制器、功率MOSFET、自舉二極管、自舉電容和電感集成在一個(gè)封裝中，大大簡化了最終用戶的設(shè)計(jì)和布局過程，加快了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，縮短了產(chǎn)品上市時(shí)間。

該模塊內(nèi)部的MOSFET和電感經(jīng)過優(yōu)化，能在低輸出電壓下實(shí)現(xiàn)高效率。它可以在4.5V至26V的寬輸入電壓范圍內(nèi)提供高達(dá)14A的電流，且無需額外的散熱措施。

MIC45212有兩個(gè)版本，MIC45212 - 1采用Micrel的HyperLight Load?（HLL）架構(gòu)，MIC45212 - 2采用Hyper Speed Control?架構(gòu)，后者能實(shí)現(xiàn)超快速負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)，減少輸出電容的使用。此外，MIC45212的輸出精度為1%，可通過兩個(gè)外部電阻將輸出電壓從0.8V調(diào)整到5.5V。

評估板的基本參數(shù)如下：

• 輸入：4.5V至26V
• 輸出：0.8V至5V，14A，開關(guān)頻率600kHz（可在200kHz至600kHz之間調(diào)整）

二、使用要求

MIC45212 - 1和MIC45212 - 2評估板只需要一個(gè)電流能力至少為10A的單電源。由于MIC45212有內(nèi)部PVDD LDO，因此無需外部線性穩(wěn)壓器為IC的內(nèi)部偏置供電。在 (VIN< + 5.5V) 的應(yīng)用中，應(yīng)將PVDD連接到VIN以繞過內(nèi)部線性穩(wěn)壓器。輸出負(fù)載可以是無源負(fù)載或有源負(fù)載。

三、使用注意事項(xiàng)

評估板沒有反極性保護(hù)，在VIN和GND端子施加負(fù)電壓可能會(huì)損壞設(shè)備。評估板的最大VIN額定值為30V，VIN超過70V可能會(huì)損壞設(shè)備。

四、啟動(dòng)步驟

1. VIN電源連接

將電源連接到VIN和GND端子，要特別注意極性和電源范圍（4.5V < VIN < 26V）。使用電流表監(jiān)測IIN，使用電壓表監(jiān)測VIN和GND端子的輸入電壓。在步驟4之前不要通電。

2. 連接負(fù)載并監(jiān)測輸出

將負(fù)載連接到VOUT和GND端子，負(fù)載可以是無源（電阻性）或有源（如電子負(fù)載）類型。可以在VOUT端子和負(fù)載之間放置一個(gè)電流表來監(jiān)測輸出電流，同時(shí)確保在VOUT端子監(jiān)測輸出電壓。

3. 使能輸入

EN引腳有一個(gè)板載100kΩ上拉電阻（R10）連接到VIN，當(dāng)PVDD超過其欠壓鎖定（UVLO）閾值時(shí)，輸出將開啟。評估板上提供了一個(gè)EN連接器，方便用戶使用使能功能。在EN引腳上施加外部邏輯信號將其拉低，或使用跳線將EN引腳短路到GND，將關(guān)閉MIC45212評估板的輸出。

4. 開啟電源

開啟VIN電源，驗(yàn)證輸出電壓是否調(diào)節(jié)到5V。

五、關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)

1. 反饋電阻

評估板的輸出電壓預(yù)設(shè)為5.0V，由反饋分壓器決定： [V{OUT }=V{REF } timesleft(1+frac{R 14}{R{BOTTOM }}right) ] 其中 (V{REF}=0.8V) ， (R{BOTTOM}) 是R3至R9中的一個(gè)。通過移除反饋接頭上的所有跳線使 (R{BOTTOM}) 開路，可得到0.8V的輸出電壓。其他未列出的電壓可以根據(jù)以下公式修改 (R{BOTTOM}) 的值來設(shè)置： [R{BOTTOM }=frac{R 14 × V{REF}}{V{OUT }-V_{REF }} ] 需要注意的是，輸出電壓不應(yīng)設(shè)置超過5V。

2. 電流限制

MIC45212使用低端MOSFET的 (R{DS(ON)}) 和從ILIM引腳連接到SW節(jié)點(diǎn)的外部電阻來確定電流限制。在每個(gè)開關(guān)周期中，通過監(jiān)測低端MOSFET在關(guān)斷期間的電流來感測電感電流。感測到的電壓V(ILIM)在150ns的消隱時(shí)間后與功率地（PGND）進(jìn)行比較。通過這種方式，電阻R15上的壓降 (V{CL}) 與底部FET上的壓降進(jìn)行比較，從而產(chǎn)生短路電流限制。連接在ILIM引腳和PGND之間的小電容（C15）用于過濾關(guān)斷期間開關(guān)節(jié)點(diǎn)的振鈴，以便更好地進(jìn)行短路限制測量。

短路電流限制可以通過以下公式進(jìn)行編程： [R 15=frac{left(I{CLIM}-Delta I{L(PP)} × 0.5right) × R{DS(ON)}+V{CL}}{I_{CL}} ] 其中：

• (I_{CLIM}) ：期望的電流限制
• (R_{DS(ON)}) ：低端功率MOSFET的導(dǎo)通電阻，典型值為6mΩ
• (V_{CL}) ：電流限制閾值，典型絕對值為14mV（根據(jù)MIC45212數(shù)據(jù)手冊中的電氣特性表）
• (I_{CL}) ：電流限制源電流，典型值為70μA（根據(jù)MIC45212數(shù)據(jù)手冊中的電氣特性表）
• (Delta I{L(PP)}) ：電感電流峰 - 峰值，由于電感是集成的，使用以下公式計(jì)算電感紋波電流： [Delta I{L(PP)}=frac{V{OUT } timesleft(V{IN(MAX) }-V{OUT }right)}{V{IN(MAX) } × f{sw } × L} ] MIC45212模塊集成了0.6μH的電感。在發(fā)生硬短路時(shí)，短路限制會(huì)降低，以允許輸出端出現(xiàn)無限期的硬短路而不會(huì)產(chǎn)生任何破壞性影響。需要確保軟啟動(dòng)期間用于對輸出電容充電的電感電流低于折疊短路限制，否則電源將進(jìn)入打嗝模式，可能無法成功完成軟啟動(dòng)。由于MOSFET的 (R{DS(ON)}) 會(huì)隨溫度變化30%至40%，建議在上述公式中為 (I_{CLIM}) 增加50%的余量，以避免因MOSFET結(jié)溫升高而導(dǎo)致的誤電流限制。當(dāng) (R15 = 1.69k) 和 (C15 = 15pF) 時(shí)，典型輸出電流限制為16.8A。

3. 開關(guān)頻率設(shè)置

MIC45212的開關(guān)頻率可以通過改變電阻R1和R2的值來調(diào)整，同時(shí)也取決于 (V{IN}) 、 (V{OUT}) 和負(fù)載條件。估計(jì)開關(guān)頻率的公式如下： [f{SW}=f{O} × frac{R 2}{R 1+R 2} ] 其中 (f_{O}=600kHz) ， (R1 = 100kΩ) （推薦值）。R2的值根據(jù)所需的開關(guān)頻率進(jìn)行選擇。

六、物料清單

七、PCB布局建議

評估板提供了頂層、第二層、第三層和底層的PCB布局圖，但文檔中未詳細(xì)描述具體的布局建議。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，合理的PCB布局對于電源模塊的性能至關(guān)重要，例如要注意電源路徑的布線、去耦電容的放置等。

綜上所述，MIC45212評估板為電子工程師提供了一個(gè)高效、便捷的DC - DC電源解決方案。在使用過程中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理設(shè)置輸出電壓、電流限制和開關(guān)頻率等參數(shù)，同時(shí)注意使用要求和注意事項(xiàng)，以確保評估板的正常運(yùn)行。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似電源模塊的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享經(jīng)驗(yàn)。